智慧市政建設中電氣自動化的運用研究

任鉑 林杉

關鍵詞： 智慧市政 電氣智能化 智慧路燈 違停抓拍

近幾年，伴隨國家經濟水平的日益提高，社會大眾對智慧市政工程的要求越來越多，智慧市政工程是城市化進程中必不可少的構成部分，能夠推動市政經濟朝著更好、更快趨勢發展。若想體現智慧市政工作的優勢，就需要充分利用電氣智能化技術，盡可能滿足社會群眾的生活及工作需要。現如今，經過規范設計，智慧市政優勢有了明顯提高，在集中調控基礎上，智慧市政工程日益優化。

1 智慧城市的概念及特征

1. 1 概念

智慧城市的含義出現于2008 年末，2009 年國內智慧市政創建與發展正式打開了帷幕。由于智慧市政覆蓋面大、內容體系繁瑣，當下依舊處于持續發展優化狀態，還沒有形成固定的標準概念。從信息化和技術上來說，智慧市政屬于城市數字化發展的高級階段，結合應用5G、物聯網、空間地理數據，集成云計算等先進技術，并系統感知、研究、整合與處理城市生態環境中的各種數據。

1. 2 特征

智慧市政創建既處理城市治理效果差、公共服務質量低等問題，還有利于縣區經濟社會轉型發展，能更好地適應基層大眾對美好生活的追求。相較于傳統的省市智慧市政工程，縣一級智慧市政創建的特征如下。

從行政架構角度來說，縣一級處在承上啟下的重要位置，而且智慧市政創建也處在相同的位置，這是智慧市政創建的頂層支點，還是城鎮統一的末端難點[1]。所以，推動智慧市政發展是處理當下“最后1 km”難題的重點。從建設觀念角度來說，智慧市政創建是底層驅動，指從基層實際情況與需求著手適應社會大眾美好生活要求，給上級智慧市政工程的頂層規劃接上“地氣”。從建設內容方面來說，縣一級建設更重視彌補基層不足，突出本地特色，推動優勢產業，由此帶動縣區綜合發展。取得各系統之間相互連通，及時對市政經營管理方面的各種需要做出自動化響應與決策支撐，完善市政資源調度，提高城市運轉效率以及民眾生活品質。

2 智慧市政工程中電氣智能化的應用優點

隨著國家經濟水平的日益提高和科技的快速進步，人民的物質生活品質有了極大的提高。而且，隨著數字技術水平的提升，智慧市政創建的覆蓋范圍不斷擴大，智慧市政工程象征了人民追求美好生活的希望，是現代化城市發展期間的關鍵構成部分之一。智慧市政創建作為現代城市化發展的標志，在大眾中的認可度較高，體現出了迅速發展態勢[2]。原來電氣技術的運用要基于數據資料，因客觀因素限制下降了應用質量，控制效果較差，采用電氣智能化技術之后，其整體管理水平出現了明顯變化，推動智慧市政朝著更好趨勢發展。智慧市政工程中電氣智能化的應用優點有：（1）數據處理快，采用電氣智能化技術時，包含許多數據，可以科學、精準判定與研究，令數據處理達到統一性標準，把處理效果上升到全新高度；（2）提高電氣系統控制水平，保障數據內容真實性與穩定性，及時找到有偏差的數據內容，采取針對性方法處理，促使電氣系統控制水平達到最好狀態。

3 智慧市政工程中電氣智能化系統的具體運用

智慧市政工程存在一定的系統性，集智能生產、智能市政運營、智慧生活、智能電力系統、物聯網、智慧交通及智慧工程等于一體。智慧市政發展中，智慧路燈項目、闖紅燈項目、路口紅綠燈交通監測軟件與公交車站違停抓拍軟件屬于智慧市政工程的關鍵構成部分，其和當下正在推廣的創新2.0 潮流或是工業4.0 相融合。

3. 1 智慧路燈

這是市政建設中首要處理的難題之一。智慧路燈包含充電樁、獨燈控制器類型的智慧照明及應急、室外攝像頭類型的智慧監測、室外揚聲器類型的智慧廣播、戶外AP 類型的智慧無線網、室外LED 顯示器類型的智慧信號發布與環境監控器等，而且留下藍牙/LORA 物聯網內部繼電器接線孔、LTE-V/DSRC 路測器與5G 基站等部位[3]。設置這類設備時，根據其功能覆蓋區域、道路附近設施、地區屬性、道路關鍵性及人口聚集度等情況，把交換機與智慧關鍵控制板設置在智慧路燈下方燈座內，智慧路燈涵蓋了整個市政工程的所有地方，由此給后期智慧路燈規范化管理奠定了基礎。規劃智慧路燈時，把全部路燈都變成智慧路燈，配全獨燈控制器類型的智慧照明燈具，每隔200 m 在智慧路燈上安裝應急設備、智慧照明燈具和智慧監控器、智慧無線網燈，使之起到最大化作用。針對路口或是公交站點，設環境監測器與LED 顯示器類型的智慧信號發布設備，給汽車及行程的正常出行提供了方便，由此推動了智慧市政工程發展。

智慧路燈規劃組合涉及如下要點：組合一，配備智慧照明，主要是獨燈控制器，留下充足的智慧路燈燈具加載孔；組合二，基于組合一，增設智慧應急設備、廣播平臺、智慧無線網等；組合三，基于組合二，增設LED 顯示器等智慧信號發布設備，將之安裝在路口沒有遮擋位置或是公交站旁；組合四，基于組合三，約每隔200 m的路口安裝環境監測器。

3. 2 闖紅燈軟件

高新科技背景下，闖紅燈軟件已經被推廣用于各大、中、小城市內，所以，這已是智慧市政工程的關鍵構成部分之一，安裝闖紅燈軟件可以適應群眾的出行要求。若智慧市政工程中電氣智能化使用時缺少闖紅燈軟件的支持，將嚴重影響智慧市政穩定運行，例如：汽車隨便換道、大彎小轉和不根據規定車道運行等現象，降低了人們對智慧市政工程的滿意度[4]。智慧市政工程中融入電氣智能化可以全方位防止上述問題。電氣智能化技術會直接銜接內部數字設備，促進智慧市政工程電氣智能化發展，如此一來，所有數字設備能夠完成交換內容，促使電氣智能化系統穩定且高效運行。采用電子智能化系統能夠加快智慧市政工程發展速度，進而適應車輛與行人的正常出行要求。

3. 3 路口信號燈監測軟件

國家經濟的發展和科技的進步，使電氣智能化出現了較大改變，而路口信號燈監測軟件也開始從人力操控變為智能化操控，其中最常見的就是當行人站在十字路口時，很少能看到指揮交通的人，由路口信號燈監測軟件代替，主要包括南北紅、黃、綠燈，東西綠、黃、紅燈以及報警燈[5]。多數城市內，路口信號燈監測軟件主要安裝在人群集中的十字路口，且在最醒目與最明顯的地方，選擇紅、黃、藍用作指示燈，再依靠倒計時顯示器指引車輛與行人規范過馬路。

現如今，我國交通信號燈規劃計劃較多，例如：某標段由于張橫路和東/西輔道交叉，且安裝人行過街平臺，這次規劃在張衡路和東/西輔設信號燈監測軟件，并同步把900 萬像素的攝像機嵌進路口信號燈監測軟件內，其具有如下幾點作用：（1）收集數據資料，能監控車輛運行時的平均速度與停靠時長燈；（2）監測與抓拍車輛壓線、隨便換道、逆行、不根據交通指示燈運行、綠燈隨便停車、違規停車、隨便拐彎和越線停車等情況；（3）取證機動車違規行為。

3. 4 機動車違停抓拍軟件

以視頻方式監測機動車違法運行、壓線、逆行以及行走非機動車道、違章掉頭等情況，并智能識別與抓拍取證，由此作為關鍵的執法證據。該系統既能用于記錄與回傳圖片及視頻，也能記錄大量數據內容，例如：機動車違法時間（能夠精準到幾秒鐘）、違規地點、違章形成的代碼、機動車車牌、顏色與型號等。而且，若當天天氣正常，該系統還可以精準記錄駕駛車的體貌特點。另外，該系統還可以智能識別“GA36-2014”規范的民用車牌、警車車牌以及使領館車牌等號碼，且具有2012 式軍車車牌、2012 式武警部隊車牌、新能源車牌和港澳號牌的智能識別作用，在車牌完整或是無遮蓋的狀態下，白天機動車車牌識別精準率達到90%；晚上機動車車牌識別精準率超過80%。

3. 5 智能電網

智慧市政創建中，智能電網起到了較大作用，屬于智慧市政創建的技術保證。當下，國內許多城市在創建智慧市政時，均會積極創建智能電網。這一過程，電氣項目與智能化系統是重要的技術方法。

第一，采用電氣智能化系統可以創新電流輸送形式，比如高壓直流電系統。此外，采用柔性交流電輸送電方式，可以把各種清潔能源傳輸至智能電網內[6]。

第二，采用電氣智能化技術，還可以衍生其余的技術，比如超高壓輸電系統和電氣傳動系統，采用這兩種技術，既可以進一步優化智能電網，也可以提高智能電網綜合質量。簡而言之，采用電氣智能化技術既可以減小電氣設備利用率，以提高電力系統運轉效率；而且可以有效減少電力系統能耗，從而為智慧市政創建提供較強助力。

3. 6 多傳感器

這是電氣智能化技術的關鍵構成部分。智慧市政創建中融入多傳感器，可以明顯提高城市綜合服務質量。首先，將多傳感器用于公共服務方面，可以有效監控與研究公共服務項目中形成的信息，由此為人們提供自動化管理與服務。其次，還可以將多傳感器用在城市交通方面。經采用多傳感器系統，既可以全面采集城市交通路口資料，也可以有效獲取車輛行駛消息和車輛違法信息，由此推動智慧交通網絡創建。最后，多傳感器系統還可以用在智慧建筑方面，例如：實時監控水、電氣的安全性和電梯的運轉等。

3. 7 智慧井蓋

3.7.1 智慧井蓋監測軟件

井蓋在城市內隨處可見，如果損壞或是丟失，若不及時處置，將變成“馬路殺手”，影響現代化城市發展，所以對井蓋丟失或破壞現象要及時報警。另外，井蓋數量多，權屬、來源、設置、監測以及維護等情況模糊，缺少集中的管理系統，人工巡檢成本過高，因此需要集中管控，可以采取智慧井蓋監測軟件進行管理。具體如下：（1）井蓋開啟，觸動限位開關；（2）井底水位升高，觸動浮球開關；（3）開關觸動，報警遠程傳送到基站與平臺；（4）平臺與移動端同步接收報警信號，通知項目責任人；（5）智能化、實時化監測井蓋情況與井底液位高度。

3.7.2 智慧井蓋的優點

（1）無須人工巡檢，信息都智能傳送至云平臺，節約了許多勞動力資源；（2）可以包容5G 基站客戶容量為GPRS 的10 倍，能適應井蓋數量多的要求；（3）存在超低功能，穩定通信與待機電流為mA 及uA 等級，模塊待機能達到10 年，明顯方便了井蓋監控的后續維護；（4）具備更強、更廣闊的信息能覆蓋到室內與公開室，實現井蓋監測方面的整體覆蓋。

3. 8 智慧橋梁

3.8.1 一橋一檔

基于橋梁自動化整體管養系統，構建橋梁管理標準信息庫，橋梁管養部門對轄區內每個橋梁設置“一橋一檔”數字卡片實現存儲，而且橋和橋間以網狀分布，把橋梁技術信息、歷次檢測結果變為能用的信息資源，深入信息內部挖掘信息價值，提升信息可用性，進而對橋梁進行結構損傷、安全性與剩下壽命的科學預判，由此輔助制訂橋梁養維方案、維修加固措施、養護管理報告，最后對今后養護成本的投入提供信息支持。

3.8.2 3D BIM 創模

智慧橋梁BIM 控制以BIM 模型為主，采取GIS 技術、信息庫以及3D 技術方法，以數字地圖用作基礎空間信息、以空間資料及屬性資料為基礎，把橋梁資產控制和養護引入3D 可視化系統，以3D 模擬形式直觀體現橋梁結構整體、局域與細部數據，能迅速、精準定位橋梁部件，便于查閱屬性資料、檢測記錄、病害資料、維修記錄等橋梁病害級別，而且依靠模型提出防范性養護決策體系，為橋梁資產控制、橋梁樣管奠定決策基礎。

3.8.3 應急指揮

路橋水毀、突發結構災害時，員工能以文字、照片、數據、音視頻等方式報告突發情況的主因，采集、提交突發情況，管理者在系統內能實時調取并查看災害出現地攝像頭記錄的視頻，并實時制訂應急預案，而且能夠記錄、搶險流程、修復計劃與方法，給上級領導帶來決策依據。規范、高效防范與處理橋梁突發情況，盡量降低突發問題的影響及損失，提升交通應急保障功能。

3.8.4 GIS 一張圖

創建GIS 可視化路橋管理平臺，統一管理資料、檢測信息、竣工圖紙、實景圖片等資源都體現在一張圖中，取得了圖形、圖像及信息的統一分析與處理，在地圖上對路橋有關動靜態變動的數據更新為查詢，適應智能養護要求，給橋梁養護帶來及時、高效的基礎時空數據服務。

4 效益分析

4. 1 社會效益

智慧城市創建會在經濟、社會發展以及現代化建設方面發揮無法取代的作用。智慧市政創建后，全市區域內包含道路市政、夜景美化、路燈等得到全時空多角度監測管控，明顯提高故障問題的響應時效性，減小故障出現率，提高群眾滿足度削減投訴事件。

4.1.1 提升管理服務效果

智慧市政創建將明顯改善市政管理生態系統，政府服務效率與市民參與度得以提升。而且，市政管理質量的提升，將進一步優化城市生活條件與投融資服務氛圍，提高城市整體競爭水平。

4.1.2 增加社會融洽程度

伴隨市政功能的逐漸增加、市政范圍的持續擴大，市政管理的勞動量與難度的絕對值均在增大。經項目實施能夠用有限的城市資源給大家提供更優質的服務，由此避免矛盾。

4.1.3 加強市政管理宣傳

經提升服務水平，強化市民城市觀念，引導他們參加市政管理活動，避免城市管理違章的出現。

4. 2 經濟效益

具體包括兩點：第一，在創建城市信息化管理階段所形成的經濟效益；第二，智慧城市構建后，投用期間所形成的經濟效益。智慧市政創建原本就是個巨大市場，將大幅度推動軟硬件、信息生產等領域的發展，形成客觀經濟利益。經智慧市政創建將孵化與促進大量高新科技產業發展，出現新的經濟增加點，將推動傳統行業發展，創新社會及經濟管理方式，革命性提升員工生產力。拓展產業智能成分及發展規模，促進社會經濟水平提升，保障各級政府管理效果，優化市政投資氛圍，培育新時期高科技專業人才。

智慧市政運營階段所需的各種成本，其市場前景更是非常廣闊。此外，智慧市政創建以后，每年的信息更新量很大，所以培育了一個充滿活力的市場環境。

經預測，智慧市政創建后，1 km2的城市范圍會多創造200 萬～300 萬元的經濟利益，針對GDP 增長有重要意義。智慧市政的創建給市政規劃、構建提供了良好的發展空間。智慧市政工程的實施所衍生的技術和產品優勢能提升市政規劃管理速度，豐富表現方式，增多數據含量，提升分析水平及精準度；令市政規劃管理及設計更具備前瞻性、合理性與及時性。市政發展中，能為重大項目選址和完善、項目建造管理提供真實的綜合數字服務。為城市公用、房地產及建筑建設等單位的生產、運營與管理提供同各專業匹配的專業數字服務，提升這類單位的生產運營能力，推動市政基礎設施完善、住宅和社區建設、環境質量提高，為市民生活及工作提供高效服務。

5 結語

總之，智慧市政工程存在一定的系統性，基于“以人為本”觀念，把技術和人充分融合起來。電氣智能化系統的推廣與智慧市政工程的發展和數字技術緊密聯系。智慧市政創建中，智能電力系統的電氣智能化、智慧路燈與傳感器、智慧井蓋以及智慧橋梁等均占有十分關鍵的位置。相信隨著新技術的進步，智慧城市將實現大規模覆蓋，提高人民的生活質量。